Складки на ткани пространства-времени. Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии

К сожалению, широко разрекламированные заявления ученых об открытиях иногда оказываются ошибкой или преувеличением. Подобное случалось и в этой сфере наук, примеры чего я привожу в своей книге. Я считаю себя скептиком, не склонным к легковерию. Но заявления исследователей, работающих с LIGO, – итог нескольких десятков лет усилий опытных ученых и инженеров – звучат убедительно, и на сей раз я уверен, что не разочаруюсь.

Получение этих данных – настоящий прорыв, одно из величайших открытий десятилетия, не уступающее по значимости открытию бозона Хиггса, вызвавшему ажиотаж в 2012 г. Существование бозона Хиггса являлось базисом Стандартной модели физики элементарных частиц, развивавшейся несколько десятилетий. Аналогично гравитационные волны – пульсации ткани пространства – важнейшее и принципиальное следствие ОТО Эйнштейна.

Питер Хиггс 50 лет назад предсказал существование частицы, названной его именем, но обнаружение бозона и установление его свойств стало возможным лишь с развитием технологий. Для этого потребовалась огромная установка – Большой адронный коллайдер. Гравитационные волны были предсказаны еще раньше, но с их обнаружением пришлось повременить, поскольку зафиксировать крайне слабый эффект невозможно без крупномасштабного и исключительно точного оборудования.

Полученные результаты не только с помощью нового метода подтверждают теорию Эйнштейна, но и углубляют знания о звездах и галактиках. Астрономических свидетельств существования ЧД и массивных звезд мало – трудно спрогнозировать, сколько таких объектов окажется в пределах, доступных для наблюдения. Пессимисты полагали, что эти события чрезвычайно редки и даже обновленная, усовершенствованная LIGO ничего не обнаружит, по крайней мере год или два. В действительности, если это не исключительная «везучесть новичка», была открыта новая область астрономии, изучающая динамические характеристики самого пространства, а не наполняющей его материи. К исследованиям подключились другие детекторы в Европе, Индии и Японии, разрабатываются планы запуска аппаратуры в космос.

К сожалению, очень многие ученые уклоняются от популярного объяснения своих идей и открытий, считая их слишком мудреными и сложными для понимания. Ученые излагают свои мысли языком математики, большинству не знакомым, но самое важное можно объяснить обычными словами, если владеешь ремеслом писателя. Говерт Шиллинг – один из лучших авторов, пишущих о науке, – в этой книге он превзошел самого себя. Его повествование охватывает более 100 лет. Ключевые понятия излагаются ясно и интересно и помещаются в исторический контекст, дополняясь образами ученых, отметившихся на этом пути. Некоторые из них были буквально одержимы наукой, что неудивительно, – нужно быть одержимым, чтобы посвящать годы и даже десятилетия сложным экспериментам без малейших гарантий результата. Усилия одиночек опирались на труд сотен специалистов, объединявшихся в команды. Говерт Шиллинг рассказывает о яростных спорах, неудачах и поразительных технических достижениях ученых и инженеров, десятилетиями добивавшихся фантастической точности измерений и получивших эпохальные свидетельства существования пульсаций пространства и времени. Это удивительная история в захватывающем изложении.

Мартин Рис

Введение

На далекой окраине спиральной галактики вокруг заурядной звезды – желтого карлика – обращается маленькая планета, образовавшаяся примерно 3,3 млрд лет назад из скопления пыли и более крупных частиц. Из космического пространства в ее теплые океаны попали органические соединения, из которых сформировались самореплицирующиеся молекулы. Теперь эти воды изобилуют одноклеточными формами жизни. Пройдет не слишком много времени, и жизнь на голубой планете начнет осваивать пустынные прежде континенты.

В другой оконечности огромной Вселенной короткое существование двух сверхмассивных звезд завершается колоссальными вспышками сверхновых. Вследствие этого катастрофического события образуется тесная двойная система ЧД, каждая из которых в десятки раз массивнее далекого желтого карлика. Их гравитация притягивает газ и пыль, оказавшиеся поблизости, и искривляет траекторию света в прилегающем пространстве. Ничто не может вырваться из чудовищного гравитационного поля этой космической бездонной ямы.

Вращаясь вокруг общего центра масс, ЧД порождают волны – слабые пульсации пространства-времени, распространяющиеся со скоростью света. Волны уносят энергию, вследствие чего ЧД все больше сближаются, пока не начинают совершать несколько сотен оборотов в секунду со скоростью вполовину скорости света. Пространственно-временной континуум растягивается и сжимается, слабые возмущения превращаются в мощные волны. Наконец, две ЧД коллапсируют и сливаются в одну, что сопровождается сильнейшим выбросом гравитационной энергии. На месте катастрофы вновь воцаряется покой, но отголоски события – последние мощные всплески гравитации – распространяются в космосе, словно цунами.